一种智能农业管理系统的制作方法
本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种智能农业管理系统。
背景技术：
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。
农业为通过培育动植物生产食品及工业原料的产业。农业属于第一产业，研究农业的科学是农学。农业的劳动对象是有生命的动植物，获得的产品是动植物本身。我们把利用动物植物等生物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的各部门，统称为农业。农业提供支撑国民经济建设与发展的基础产品。
在农业生产过程中人们无法实时对农作物进行生长状态的监控，且当农作物含水量变化时人们无法及时了解与改善，影响农作物的生长，难以满足现代农业生产方式。
技术实现要素：
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种智能农业管理系统，利用中央处理装置、湿度监测模块、喷灌装置、图像采集模块、图像处理模块、无线传输装置、用户控制端、物联网电源、电池组、太阳能组件、信号处理电路、显示模块、存储模块以及打印模块，该系统结构简单，设计合理，并通过物联网技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，当湿度监测模块监测到农作物湿度不够时可以控制喷灌装置对农作物进行自动灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控。
根据本发明的一种智能农业管理系统，智能农业管理系统包括中央处理装置、湿度监测模块、喷灌装置、图像采集模块、图像处理模块、无线传输装置、用户控制端、物联网电源、电池组、太阳能组件、信号处理电路、显示模块、存储模块以及打印模块。
其中，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，湿度监测模块的输出端与信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与喷灌装置的输入端连接，太阳能组件的输出端与电池组的输入端连接，电池组的输出端与物联网电源的输入端连接，物联网电源的输出端与中央处理装置的输入端连接，无线传输装置与中央处理装置双向通信连接，显示模块的输入端、存储模块的输入端以及打印模块的输入端均与中央处理装置的输出端连接，用户控制端与无线传输装置双向通信连接。
优选的是，湿度监测模块为湿度传感器，湿度传感器设置于农田的土壤中，湿度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，湿度传感器用于采集农田的土壤的湿度信息，将采集的湿度信息转换为电压信号v0，并将电压信号v0传输至信号处理电路，v1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的adc端口连接。
优选的是，信号放大单元包括集成运放a1-a2、电阻r1-r14、三极管t1-t3以及电容c1-c2。
其中，湿度传感器的输出端与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与三极管t2的基极连接，湿度传感器的输出端还与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电阻r1的一端与电阻r12的一端连接，电阻r1的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c1的一端接地，电容c1的另一端与电阻r1的另一端并联后与集成运放a1的同相输入端连接，电阻r2的另一端还与电容c2的一端连接，电容c2的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与电阻r5的一端连接，电阻r3的另一端还与电阻r6的一端连接，集成运放a1的输出端与三极管t1的基极连接，三极管t1的集电极与-15v电源连接，电阻r5的另一端还与三极管t1的发射极连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r8的一端与三极管t2的集电极连接，电阻r8的一端还与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r6的另一端还与电阻r8的另一端连接，电阻r7的另一端与+15v电源连接，电阻r9的一端与集成运放a2的同相输入端连接，电阻r9的一端还与三极管t3的集电极连接，电阻r9的另一端与+15v电源连接，电阻r10的一端与-15v电源连接，三极管t2的发射极与三极管t3的发射极连接后与电阻r10的另一端连接，电阻r11的一端与电阻r12的一端连接，电阻r11的另一端与三极管t3的基极连接，电阻r13一端接地，电阻r12的另一端与电阻r13的另一端连接，电阻r12的另一端还与电阻r14的一端连接，电阻r14的另一端与集成运放a2的输出端连接。
优选的是，信号滤波单元包括电阻r15-r21、电容c3-c4以及集成运放a3-a5；
其中，信号放大单元的输出端与电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端与电阻r17的一端并联后与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r17的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r16的一端接地，电阻r16的另一端与电阻r21并联后与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r21的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r17的另一端与集成运放a3的输出端并联后与电阻r18的一端连接，电阻r18的另一端与电容c3的一端并联后与集成运放a4的反相输入端连接，电容c3的另一端与集成运放a4的输出端并联后与电阻r19的一端连接，集成运放a4的同相输入端接地，电阻r19的另一端与电容c4的一端并联后与集成运放a5的反相输入端连接，集成运放a5的同相输入端接地，电容c4的另一端与集成运放a5的输出端连接，电阻r20的一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r20的另一端与集成运放a5的输出端连接，电阻r21的一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r21的另一端与集成运放a4的输出端连接，集成运放a5的输出端与中央处理装置的adc端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号v1传输至中央处理装置的adc端口。
优选的是，图像采集模块用于采集农田内农作物的图像信息，图像处理模块包括图像增强单元、图像平滑单元、图像锐化单元以及灰度变换单元；
其中，图像采集模块的信号输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与灰度变换单元的输入端连接，灰度变换单元的输出端与中央处理装置的输入端连接；
其中，图像增强单元对图像采集模块采集的图像信息进行图像亮度增强处理，图像平滑单元对经过图像增强单元处理后的图像信息进行图像清晰度增强处理，图像锐化单元对经过图像平滑单元处理后的图像信息进行图像锐化处理，灰度变换单元对经过图像锐化单元处理后的图像信息进行图像灰度扩展处理，灰度变换单元将处理后的图像信息传输至中央处理装置。
优选的是，太阳能组件内部包括太阳能电池板。
优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像处理单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，
优选的是，图像平滑单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，
其中，﹡为卷积符号，
优选的是，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，
优选的是，灰度单元对图像d(x,y)进行灰度范围扩展处理，上述图像d(x,y)的灰度值范围为[a,b]，将图像d(x,y)的灰度值范围扩展为[c,d]，其中a,b,c,d为常量，则变换后的图像二维函数为z(x,y)，其中，
优选的是，图像采集模块为无线摄像头。
优选的是，中央处理装置包括一arm芯片。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的智能农业管理系统，该系统结构简单，设计合理，本发明通过物联网技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，当湿度监测模块监测到农作物湿度不够时可以控制喷灌装置对农作物进行自动灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控，而且增加了应用方面的很多功能，也方便了其它功能的扩展；
（2）本发明提供的智能农业管理系统，图像处理模块对采集的图像依次进行图像增强、图像平滑、图像锐化、图像灰度变换处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对农作物的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
附图说明
图1为本发明的智能农业管理系统的示意图；
图2为本发明的图像处理模块的示意图；
图3为本发明的信号处理电路的电路图。
附图标记：
1-中央处理装置；2-温度监测模块；3-喷灌装置；4-图像采集模块；5-图像处理模块；6-无线传输装置；7-用户控制端；8-物联网电源；9-电池组；10-太阳能组件；11-信号处理电路；12-显示模块；13-存储模块；14-打印模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的智能农业管理系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的智能农业管理系统包括中央处理装置（1）、湿度监测模块（2）、喷灌装置（3）、图像采集模块（4）、图像处理模块（5）、无线传输装置（6）、用户控制端（7）、物联网电源（8）、电池组（9）、太阳能组件（10）、信号处理电路（11）、显示模块（12）、存储模块（13）以及打印模块（14）。
其中，图像采集模块（4）的输出端与图像处理模块（5）的输入端连接，图像处理模块（5）的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接，湿度监测模块（2）的输出端与信号处理电路（11）的输入端，信号处理电路（11）的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接，中央处理装置（1）的输出端与喷灌装置（3）的输入端连接，太阳能组件（10）的输出端与电池组（9）的输入端连接，电池组（9）的输出端与物联网电源（8）的输入端连接，物联网电源（8）的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接，无线传输装置与中央处理装置（1）双向通信连接，显示模块（12）的输入端、存储模块（13）的输入端以及打印模块（14）的输入端均与中央处理装置（1）的输出端连接，用户控制端（7）与无线传输装置（6）双向通信连接。
具体地，湿度监测模块（2）为湿度传感器，湿度传感器设置于农田的土壤中，湿度传感器的输出端与信号处理电路（11）的输入端连接。
湿度传感器的数量为n，其中n为大于20的整数。
如图3所示，湿度传感器用于采集农田的土壤的湿度信息，将采集的湿度信息转换为电压信号v0，并将电压信号v0传输至信号处理电路（11），v1为经过信号处理电路（11）处理后的电压信号，信号处理电路（11）包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置（1）的adc端口连接。
具体地，信号放大单元包括集成运放a1-a2、电阻r1-r14、三极管t1-t3以及电容c1-c2。
其中，湿度传感器的输出端与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与三极管t2的基极连接，湿度传感器的输出端还与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电阻r1的一端与电阻r12的一端连接，电阻r1的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c1的一端接地，电容c1的另一端与电阻r1的另一端并联后与集成运放a1的同相输入端连接，电阻r2的另一端还与电容c2的一端连接，电容c2的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与电阻r5的一端连接，电阻r3的另一端还与电阻r6的一端连接，集成运放a1的输出端与三极管t1的基极连接，三极管t1的集电极与-15v电源连接，电阻r5的另一端还与三极管t1的发射极连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r8的一端与三极管t2的集电极连接，电阻r8的一端还与集成运放a2的反相输入端连接，电阻r6的另一端还与电阻r8的另一端连接，电阻r7的另一端与+15v电源连接，电阻r9的一端与集成运放a2的同相输入端连接，电阻r9的一端还与三极管t3的集电极连接，电阻r9的另一端与+15v电源连接，电阻r10的一端与-15v电源连接，三极管t2的发射极与三极管t3的发射极连接后与电阻r10的另一端连接，电阻r11的一端与电阻r12的一端连接，电阻r11的另一端与三极管t3的基极连接，电阻r13一端接地，电阻r12的另一端与电阻r13的另一端连接，电阻r12的另一端还与电阻r14的一端连接，电阻r14的另一端与集成运放a2的输出端连接。
具体地，信号滤波单元包括电阻r15-r21、电容c3-c4以及集成运放a3-a5。
其中，信号放大单元的输出端与电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端与电阻r17的一端并联后与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r17的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r16的一端接地，电阻r16的另一端与电阻r21并联后与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r21的另一端与集成运放a4的输出端连接，电阻r17的另一端与集成运放a3的输出端并联后与电阻r18的一端连接，电阻r18的另一端与电容c3的一端并联后与集成运放a4的反相输入端连接，电容c3的另一端与集成运放a4的输出端并联后与电阻r19的一端连接，集成运放a4的同相输入端接地，电阻r19的另一端与电容c4的一端并联后与集成运放a5的反相输入端连接，集成运放a5的同相输入端接地，电容c4的另一端与集成运放a5的输出端连接，电阻r20的一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r20的另一端与集成运放a5的输出端连接，电阻r21的一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r21的另一端与集成运放a4的输出端连接，集成运放a5的输出端与中央处理装置（1）的adc端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号v1传输至中央处理装置（1）的adc端口。
上述实施方式中，信号处理电路11的噪声在40nv以内，漂移为0.5μv/℃，集成运放a1为ltc1150低漂移放大器，集成运放a2为lt1097高速放大器，集成运放a3、a4和a5均为lt1097运放，由于集成运放a1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。
电阻r1的阻值为100kω，电阻r2的阻值为100kω，电阻r3的阻值为1kω，电阻r4的阻值为1.5kω，电阻r5的阻值为7.5kω，r6的阻值为1kω，电阻r7的阻值为200ω，电阻r8的阻值为450ω，电阻r9的阻值为900ω，电阻r10的阻值为750ω，电阻r11的阻值为1kω，电阻r12的阻值为1kω，电阻r13的阻值为10ω，电阻r14的阻值为100kω，电阻r15的阻值为1.7kω，电阻r16的阻值为4.7kω，电阻r17的阻值为10kω，电阻r18的阻值为5kω，电阻r19的阻值为1kω，电阻r20的阻值为5kω，电阻r21的阻值为5kω，容c1的电容值为100pf，电容c2的电容值为270pf，c3的电容值为220pf，电容c4的电容值为470pf。
由于湿度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻r1-r14、电容c1-c2、三极管t1-t3以及集成运放a1-a2对湿度传感器输出的电压v0进行放大处理，由电阻r1-r14、电容c1-c2、三极管t1-t3以及集成运放a1-a2构成的信号放大单元只有0.5μv/℃的漂移、5μv以内的偏移、100pa偏置电流和0.1hz到10hz宽带内50nv的噪声。其中，信号放大单元使用电阻r15-r21，电容c3-c4以及集成运放a3-a5对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了湿度检测的精度。
如图2所示，图像采集模块（4）用于采集农田内农作物的图像信息，图像处理模块（5）包括图像增强单元、图像平滑单元、图像锐化单元以及灰度变换单元。
其中，图像采集模块（4）的信号输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与灰度变换单元的输入端连接，灰度变换单元的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接。
其中，图像增强单元对图像采集模块（4）采集的图像信息进行图像亮度增强处理，图像平滑单元对经过图像增强单元处理后的图像信息进行图像清晰度增强处理，图像锐化单元对经过图像平滑单元处理后的图像信息进行图像锐化处理，灰度变换单元对经过图像锐化单元处理后的图像信息进行图像灰度扩展处理，灰度变换单元将处理后的图像信息传输至中央处理装置（1）。
具体地，太阳能组件（10）内部包括太阳能电池板。
具体地，将图像采集模块（4）传输至图像处理模块（5）的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像处理单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，
具体地，图像平滑单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，
其中，﹡为卷积符号，
具体地，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，
具体地，灰度单元对图像d(x,y)进行灰度范围扩展处理，上述图像d(x,y)的灰度值范围为[a,b]，将图像d(x,y)的灰度值范围扩展为[c,d]，其中a,b,c,d为常量，则变换后的图像二维函数为z(x,y)，其中，
具体地，图像采集模块（4）为无线摄像头，这样可以对农作物进行监控，并通过物联网技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，当湿度监测模块（2）监测到农作物湿度信号传输至信号处理电路（11）进行信号处理，信号处理电路（11）将经过处理的湿度信号传输至中央处理装置（1），中央处理装置（1）将接收到的图像信息和湿度信息通过无线传输装置（6）传输至用户控制端（7），工作人员通过用户控制端（7）获知农田土壤的湿度信息和农作物的图像信息，工作人员根据接收到的农田土壤的湿度信息和农作物的图像信息判断农田是否干燥，若发现农田土壤湿度不够或者农作物缺水，则工作人员使用用户控制端（7）通过无线传输装置（6）向中央处理装置（1）发出控制信号，中央处理装置（1）将接收到的控制信号传输至喷灌装置（3），喷灌装置（3）在接收到控制信号后对农田进行喷灌作业，直至中央处理装置（1）传输至用户控制端（7）的湿度信息达到预设理想值。
显示模块（12）、存储模块（13）以及打印模块（14）均设置于监控室内，中央处理装置（1）将接收到的湿度信息和图像信息传输至显示模块（12）进行显示，中央处理装置（1）将接收到的湿度信息和图像信息传输至存储模块（13）进行存储，中央处理装置（1）将接收到的湿度信息和图像信息传输至打印模块（14）打印成形。
存储模块（13）能够存储智能农业管理系统采集的湿度和图像的实时信息和历史信息，以便于工作人员调取查看。
上述预设理想值为工作人员根据农田内农作物生长情况而预设的湿度值。
本发明提供的智能农业管理系统不仅可以控制喷灌装置（3）对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，还可以对农作物的生长状态进行监控，而且增加了应用方面的很多功能，也方便了其它功能的扩展。
具体地，中央处理装置（1）包括一arm芯片，具体为s3c2440微处理器。
本发明从农田环境实际出发，从组网灵活、低功耗和可靠性等角度考虑，以s3c2440微处理器作为控制核心，将物联网技术相结合构成农田无线传感网络，实现了农田信息的无线监控，以保证作物在最适合的环境下生长，有效的节省了人力和物力，有利于推进农业信息化的发展。将系统测试结果与传统仪器测量值进行比较表明，该系统测量准确、操作简单，实时性好、稳定性好、网络覆盖范围大，做到了对农田环境的实时准确监控，推进了精准农业生产。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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